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高浓度氨氮废水处理方法
发布者:废水处理  点击:1706
近年来,我国水体氨氮污染问题日益突出,氨氮已超越COD成为影响我国地表水水环境质量的首要目标。2011年全国排放废水中氨氮排放量为260.4万t〔1〕,相当于受纳水体环境容量的4倍左右。跟着《“十二五”首要污染物总量操控规划》的出台,氨氮污染物作为继COD之后的第二项约束性操控目标,是我国“十二五”期间污染物操控的要点。我国钢铁、炼油、化肥、石油化工、化学冶金等职业的氨氮排放量占全国工业氨氮排放总量的85.9%,氨氮去除率不到68%〔2〕。为了彻底管理污染,除改进现有工艺条件、下降本钱外,有必要寻觅经济有用的氨氮废水处理技能,在污染管理的一起节能降耗、防止二次污染。而微波技能作为一种新式的加热技能日益遭到注重,并已成功使用于废水、废气、固体废弃物处理等污染操控范畴。笔者比较了氨氮的首要处理办法,总结了微波技能在高浓度氨氮废水处理中的研讨使用,评论了进一步的研讨方向。
1 氨氮的首要处理办法
 
根据浓度的不同,工业氨氮废水可划分为3 类〔3〕:(1)高浓度氨氮废水:NH3-N>500 mg/L;(2)中等浓度氨氮废水:NH3-N为50~500 mg/L;(3)低浓度氨氮废水:NH3-N<50 mg/L。其中高氨氮浓度废水一般来源于焦炭、铁合金、煤的气化、湿法冶金、炼油、畜牧业、化肥、人造纤维和白炽灯等生产进程。
现在,常用的脱氮办法包含氨吹脱法(空气吹脱与蒸汽汽提)、生化法、折点氯化法、离子交流法和化学沉淀法。这些办法普遍具有工艺简略、脱氮效果安稳牢靠等特色,但也存在必定的局限性。
传统生物脱氮技能是现在使用最广泛的脱氮办法,但存在流程长、占地面积大、处理本钱高等问题。跟着人们对生物脱氮进程知道的深化,新的生物脱氮理论不断涌现,包含一起硝化/反硝化〔4〕、亚硝酸型(短程)硝化/反硝化〔5〕、厌氧氨氧化〔6〕等,但现在这些理论使用于高浓度氨氮废水处理的研讨还很少〔7〕。氨吹脱法常用于高浓度氨氮废水的预处理,但能耗大、运转本钱高、出水氨氮仍偏高〔8〕。折点氯化法理论上能够彻底去除废水中的氨氮,但因为加氯量大、处理本钱高、产品存在危害性等问题,不适合处理许多的高浓度氨氮废水。离子交流法因为吸附剂用量大、再生难,一般协同其他工艺处理高氨氮废水。化学沉淀法用药量大、本钱高,需求进一步开发廉价沉淀剂。
近年来跟着国家对氨氮排放要求越来越严厉,高浓度氨氮废水处理日益遭到研讨者注重。在原有处理办法基础上的改进工艺不断涌现。赵贤广等〔9〕针对工业上高浓度氨氮废水吹脱法处理存在的缺点,经过改进和优化氨氮吹脱塔的结构和填料,开发了一种新式循环再生复合酸氨吸收溶液,完成废水中氨的资源化。中国科学院进程工程所、天津大学等单位合作开发出高浓度氨氮废水资源化处理的全进程工艺和工业化使用设备〔10〕。该技能经过精馏脱氨工艺量化规划,完成了工业高浓度氨氮废水的资源化处理。此外,还有电化学法、催化湿式氧化法、反渗透法以及物化法与生化法联用等技能,但因为处理本钱高,大都用于高氨氮废水的深度处理。
2 微波加热的原理
 
微波是指频率约在300 MHz~300 GHz,即波长为1 mm~1 m的超高频电磁波。微波能被一些资料如水、碳、橡胶、食物、木材、湿纸等吸收,发作十分有用的即时深层加热效果(内加热)〔11〕。微波加热技能与传统加热技能的不同之处在于使物体内部分子彼此摩擦发热,但不引起分子结构改变,是直接加热物质内部的办法〔12〕。这种内加热的原理是样品承受微波辐照时,在电磁场的效果下首要发作离子传导和偶极子滚动。一般情况下,两种发热办法(离子传导和偶极子滚动)一起存在〔13〕。微波的内加热效果可在不同的深度一起加热,使加热更快速、更均匀、无温度梯度、无滞后效应等,然后大大缩短了加热时刻。剧烈的极性分子震荡可使化学键断裂,然后导致污染物的降解。关于氨氮废水而言,微波对NH3分子与H2O分子的挑选性加热使它们之间发作压力差,进一步促进NH3分子与H2O分子脱离。
近年来,研讨者用微波加速化学反响时发现了许多有别于传统加热的特别效应〔14〕。在这些特别效应中,有些特别效应不能用温度的改变解说。这些难以用温度改变和特别温度分布来解说的现象即“非热效应”〔15〕,并逐渐成为人们争辩的焦点。
3 微波技能处理高浓度氨氮废水研讨进展
 
3.1 微波直接辐射技能
 
不少文献报导了微波脱氮的显著效果。针对高浓度氨氮废水,Li Lin等〔16〕和陈灿等〔17〕别离展开了一系列研讨,试验定论根本一致。研讨标明,微波效果对高浓度氨氮废水有较好的去除效果;pH和微波效果时刻是影响氨氮去除率的关键要素,曝气效果的影响效果次之,初始氨氮浓度的影响则不显着。在上述试验室研讨的基础上,Li Lin等〔18〕开发了一套中试规模的接连微波处理工艺,处理初始质量浓度为2 400~11 000 mg/L的武钢焦化废水,氨氮去除率到达80%左右,与空气吹脱法比较经济本钱较低。吕早生等〔19〕将微波加热法用于脱除炼焦剩下氨水中的氨氮,试验成果同样标明强碱性是最佳工艺条件。此外有研讨发现,跟着温度的升高氨氮去除率逐渐升高,但失水率也随之升高,温度到达80 ℃以上失水率显着升高〔20〕。这一研讨定论关于微波处理实践焦化废水(出水温度已近80 ℃)具有重要的指导意义。
3.2 微波诱导催化
 
许多有机化合物都不直接显着地吸收微波,但可使用某种激烈吸收微波的“敏化剂”把微波能传给这些物质进而诱发化学反响〔21〕。这些“敏化剂”大都是一些吸收微波才能很强的物质,如铁磁性金属及其化合物、活性炭等。微波诱导催化技能(MIOP)的原理就是微波首要效果于含某种“敏化剂”的固体催化剂或其载体,因为其表面点位与微波能的激烈彼此效果,微波能被转变为热能,然后使某些表面点位挑选性地被很快加热至很高的温度(1 400 ℃),构成“热门”。即便反响物不被微波直接加热,但当它们与“热门”触摸时就可能被诱导发作化学催化反响。
为了进一步缩短微波辐照时刻、下降能耗,在微波处理高浓度氨氮废水的研讨中,微波诱导催化技能遭到更多的注重。
林莉等〔22〕选用MnO2作为催化剂,别离以武钢焦化公司污水处理厂氨氮质量浓度为331 mg/L的生化外排水和焦化公司氨氮质量浓度为1 350 mg/L的蒸氨废水原水为处理目标展开微波处理研讨。研讨成果标明,MnO2存鄙人微波可在很短时刻内将废水加热到较高温度,到达快速脱氮的效果。本钱方面,微波处理费用约为12元/t,较现有的蒸氨工艺处理费用30元/t要经济得多。李熠等〔23〕比较了有无催化剂及不同催化剂存鄙人,微波辐照法对钽铌生产进程排放的氨氮废水(氨氮质量浓度为1 350 mg/L)的处理效果。成果标明,在无敏化剂条件下,微波处理的氨氮去除率显着大于相同温度下选用常规加热办法得到的去除率,参加敏化剂后大大进步了微波处理的氨氮去除率。一起,研讨还发现不同的敏化剂对氨氮去除率的进步起伏不同,活性炭作敏化剂时的氨氮去除率要优于MnO2作敏化剂。
3.3 微波协同技能
 
微波协同活性炭吸附技能是现在使用比较成熟的废水处理技能,首要用于难降解有机污染物的去除〔24〕。姚燕等〔25〕选用微波辐照和改性活性炭(碱液浸渍法改性)协同处理高浓度氨氮废水。试验发现,即便废水初始pH为5.7(没有调理),氨氮去除率也可到达95.4%,初始pH对氨氮去除率几乎没影响,即在改性活性炭和微波共同效果下,无需参加化学试剂调理pH也可高功率地去除氨氮。这进一步验证了微波辐照技能处理高浓度氨氮废水的可行性,并为工业化使用下降运转本钱供给了新的思路。废物渗滤液是一种高浓度难降解有机废水,怎么一起去除COD、氨氮和色度是研讨者研讨的要点。龙腾锐等〔26〕使用微波催化氧化协同技能处理废物渗滤液,首要调查不同催化剂的处理效果。试验成果标明,负载型Fe-O/CeO2催化剂结合氧化剂对COD、氨氮和色度均有较好的去除效果。而催化剂的改性可从效果、效益及安全角度展开进一步研讨。曹俐等〔27〕研讨了微波强化氧化工艺处理废物渗滤液的可行性。研讨发现,微波强化氧化工艺弥补了微波对COD去除率低及氧化剂对氨氮去除率低的缺点,节省了氧化剂用量。上述研讨为废物渗滤液的处理供给了新的思路。
3.4 微波对吸附剂的改性、合成和再生
 
天然沸石对氨氮有较好的吸赞同离子交流功能,且价格低廉。为进一步改进沸石的吸附功能,周芳等〔28〕选用微波辐射办法对天然沸石进行改性,然后使沸石对氨氮的交流容量和挑选性进一步增强。所得改性沸石对废水中氨氮有良好的去除效果,去除率达80% 以上,有的乃至到达90%以上。聂锦旭等〔29〕选用水处理常见的聚合铝有用成分Al3+聚合体为柱化剂,使用微波加热办法制备铝柱撑膨润土,并研讨其对废物渗滤液氨氮的处理效果和影响要素。研讨成果标明,经微波强化后柱撑膨润土的层距离、比表面积、离子交流量都比原土和传统柱撑膨润土有所增加,有利于对氨氮的吸附。
正如前文所述,活性炭在微波技能处理氨氮废水中使用广泛,但活性炭的经济性首要取决于再生办法〔30〕。微波辐照再生是在热再生法基础上开展起来的活性炭再生技能。微波加热可使活性炭进一步活化,进步吸附容量。选用这种办法再生活性炭,时刻短、耗能低、设备结构简略,是一种比较抱负的活性炭再生办法〔31〕。详细拜见http://www.biotan.cn更多相关技能文档。
4 展望
 
作为高浓度氨氮废水处理的一种新办法,微波技能遭到广泛注重。但是现在绝大大都研讨还停留在试验室阶段,较少进行扩大性中试研讨,要完成工业化使用有些问题还有待进一步研讨:
(1)微波效果机理仍需深化研讨。从现在的研讨成果来看,研讨者注重的多是处理效果,而对微波效果机理研讨较少,致使相关研讨定论短少科学指导意义。微波的非热效应存在与否是现在研讨者争辩的焦点,怎么有用验证非热效应,以及怎么得到更均匀的微波场都需求进一步探究。
(2)高效廉价催化剂的制备。现在选用的催化剂大多是活性炭和过渡金属氧化物,存在催化功率低和损耗等问题,亟待寻求高效廉价的催化剂,以下降处理本钱,进步处理功率。许多选用微波技能去除难降解有机污染物的研讨成果值得参考学习。
(3)微波处理设备的研制。现在研讨选用的微波发作设备大部分是将家用微波炉加以改装,反响腔体多选用现有的玻璃仪器,短少高效、安稳、安全的专用微波设备〔32〕。应在充沛分析微波技能优势的基础上,学习相关范畴规划经历,合理立异规划微波设备的反响腔体,进步设备反响进程的自动操控水平,研制能够接连运转、可组合的微波设备。
(4)完善氨收回设备。微波脱氮的机理是经过微波的热效应将废水中的氨氮敏捷以氨的形状蒸腾去除,如果能收回使用,能够完成变废为宝。因而,在研制微波处理设备的一起,也要配套规划专门的氨气收回设备,下降微波处理的运转本钱,更好地完成工业化使用。
信任跟着理论研讨的深化,微波技能的开展,微波技能在高浓度氨氮废水管理方面将具有宽广的使用潜力和开展前景。

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